基于转录组和蛋白组分析香菇木质纤维素降解的机制

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香菇代料栽培通常以栓皮栎木屑为主要原料,需要消耗大量的林木资源,不利于生态环境保护。香菇对基质转化利用率低,基质降解利用机制还缺乏深入研究,限制了栎木屑资源的高效利用和其他替代栽培基质开发。本研究分别以栎木片(木质)和玉米秆(非木质)为培养基质,在两种培养基质上进行香菇菌丝定向培养,取3个不同生长阶段的菌丝进行转录组测序,比较分析香菇木质纤维素降解相关酶在同一基质中不同时空的表达降解模式,以及它们在不同基质中的降解适应性。共检测到差异表达CAZy基因400个,大多数酶基因在菌丝尾端上调表达,而不是在菌丝尖端。在与木质素降解相关的AA家族基因中,仅少部分在菌丝尖端上调表达,而多数基因在菌丝尾端上调表达。少数的纤维素酶基因在菌丝尖端上调表达,而多数纤维素酶基因在菌丝尾端上调表达,包括GH6和GH7家族,表明香菇在木质和非木质基质的利用中优先降解木质素。比较了两种基质中菌丝木质纤维素降解酶基因表达变化,发现在差异表达的木质纤维素降解酶基因中,除了表达模式相同的木质纤维素酶基因外,香菇还具有适应不同基质的特殊的木质纤维素酶系。分别以栎木屑和玉米秆生物质为主要碳源进行香菇菌丝培养,采用nanoLC-MS/MS方法,对不同基质中的香菇菌丝分泌蛋白进行分析。在分泌蛋白组中,共鉴定到116个蛋白。在两种基质中鉴定到共有蛋白81个,其中CAZy蛋白占74.1%,主要参与植物细胞壁多糖降解,表明香菇对木质与非木质基质的细胞壁多糖降解具有不同的降解适应性。在香菇木质素降解酶中,漆酶(LACC13、LACC14、LACC12和LACC9)、class-II过氧化物酶MnP和乙二醛氧化酶(AA5)在栎木屑培养基中大量表达,而它们在非木质玉米秆培养基中少量表达或不表达,表明香菇木质素降解酶系统对木材木质素有独特的适应性。但在非木质培养基质中发现CDH或芳香物过氧化酶的大量表达,表明香菇中存在其它降解非木质生物质的策略。本研究有利于进一步揭示香菇木质纤维素降解的分子机制,对解析大型真菌环境适应性的分子机制具有重要的科学意义和理论价值。
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